KR20020073560A - 환경 모니터 방법 및 장치와 반도체 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
소정의 분위기(10) 내에 재치된 적외선 투과 기판(12)과, 적외선 투과 기판(12)에 적외선을 입사하는 적외광원(20)과, 적외선 투과 기판(12) 내부에서 다중 반사된 후에 적외선 투과 기판(12)으로부터 출사되는 적외선에 기초하여, 분위기(10) 내의 오염 물질의 농도를 산출하는 오염 물질 분석 수단(30)과, 오염 물질 분석 수단(30)에 의해 산출한 분위기(10) 중의 오염 물질의 농도에 따라서 분위기(10) 중의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단(50)을 포함한다. 이에 따라, 분위기 내의 오염 물질을 고감도 또한 실시간으로 측정함과 함께, 분위기 내의 오염 물질이 소정치를 상회할 때에 즉시 제거할 수 있다.
Description
반도체 제조 장치의 내부나 크린룸 내부 등, 어떤 기능을 완수하는 폐공간 내에 존재하는 오염 물질을 관리하는 것은 매우 중요하다.
예를 들면, 반도체 장치의 제조 과정에서는 반도체 웨이퍼가 한창 프로세스 가공되고 있는 중일 때에 웨이퍼 표면에 프로세스의 목적에 따른 여러가지 가공이 실시된다. 프로세스전 공정에서는, 우선 여러가지의 화학 약품이나 순수(純水)를 이용한 웨트 세정법이나 자외선이나 플라즈마 등을 이용한 드라이 세정법 등에 의해 웨이퍼 표면의 청정 처리가 행해지고, 그 후 산화 등의 표면 개질 처리가 행해진다. 세정 과정에서 노출되는 웨이퍼의 청정한 표면은, 다른 분자와의 반응성이 높기 때문에, 이들 처리가 행해지는 과정에서 표면의 실리콘 원자가 수소로 결합되거나 산소와 결합하여 산화막이 형성되는 등, 웨이퍼의 접하는 환경 분위기에 노출되어 시간 경과적으로 변화하게 된다.
또한, 반도체 장치 등의 제조에 사용되고 있는 광 리소그래피 장치에서는 반도체 웨이퍼 상에 도포한 포토레지스트막에 노광 광을 조사함으로써, 포토레지스트막 내에 포함되는 유기 물질이 휘발하여 장치 내부에 방출된다. 이와 같이 방출된 유기 물질이 광학 렌즈나 반사경에 부착되면, 이들의 투과율이나 반사율을 손상하여, 웨이퍼 처리 매수의 증가와 동시에 소정의 노광량을 얻을 수 없게 된다. 그 결과, 소정의 패터닝을 할 수 없어, 제품 불량이 발생하는 것으로도 된다. 또한, 장치 내부에 존재하는 유기 물질 자체가 노광 광을 흡수하여, 반도체 웨이퍼에의 노광량을 감소시키는 경우도 있다.
또한, 반도체 프로세스는 일반적으로 크린룸 내에서 행해져서 많은 장치에 의해서 수많은 공정이 통합되고 있지만, 임의의 프로세스로부터 다음 프로세스로 이행할 때 등 웨이퍼가 장치 밖으로 나와 있을 때에는 외기에 노출된다. 이 때, 웨이퍼는 공기 중의 산소에 의해서 산화되는 것뿐만 아니라, 어떤 종류의 오염 물질, 예를 들면 유기 물질에 오염되는 경우가 있다. 또한 극미량의 질소 산화물, 유황 산화물 등에 오염되는 경우도 있다. 크린룸 내에서 발생하는 유기 오염의 오염원 중 하나는 크린룸 내의 공기 중에 포함되는 유기 물질에 기인한다고 할 수 있다. 이 유기 물질은 크린룸에 사용되는 건재, 에어 필터, 배선, 배관 등에 포함되고 있는 유기 물질이 휘발하여 생기는 것으로 생각된다.
따라서, 반도체 제조 장치 내나 반도체 장치의 제조 프로세스가 실시되는 크린룸 내의 공기 중에 포함되는 오염 물질의 량을 모니터링하여 오염 물질의 발생원의 특정이나 발생량의 컨트롤을 행하는 것은 반도체 장치의 제조 수율의 향상이나 특성 향상을 도모하는 데에 있어서 매우 중요하다.
또한, 반도체 장치의 제조 프로세스에서의 크린룸 내부의 환경 모니터링뿐만 아니라, 우리들이 생활하는 환경에서도 공기 중의 오염 물질의 모니터링이 필요로 되고 있다. 최근, 환경 호르몬이라고 불리는 특정한 물질군이 사람이나 동식물의 건강에 영향을 끼치는 것이 알려져 있다. 따라서, 화학 플랜트나 반도체 공장, 자동차 등의 배기 가스를 모니터링하고, 이러한 물질의 배출을 관리하는 것도 강하게 요구되고 있다.
환경 중에 존재하는 오염 물질을 측정하는 종래의 방법으로서는, 다공질 물질인 테낙스에 오염 물질을 흡착시킨 후, 이것을 가열하여 흡착 오염 물질을 방출시키고, 질량 분석계에 의해 이 오염 물질의 특정·정량화를 행하는 방법(가열 이탈 GC/MS Gas Chromatography/Mass Spectroscopy(가스 크로마토그래피 질량 분석법), APMIS(Atmosphere Mass-Ion Spectroscopy : 대기압 이온화 질량 분석)법, TOF-SIMS(Time Of Flight-Secondary Ion Mass Spectroscopy : 비행 시간 측정형 2차 이온 질량 분석법) 등이 일반적으로 알려져 있다.
그러나, 상기 종래의 측정 방법은 정성(定性) 분석 능력, 정량 분석 능력이 우수한 방법이지만, 장치 가격이 비싸고, 측정 시간이 길고(한번 측정에 몇시간 정도), 장치 용적이 크다는 등의 결점을 갖고 있고, 오염 물질의 존재를 간편하고 신속하게, 또한 저비용으로 검지하고, 측정 결과를 환경 관리에 피드백하는 것이 곤란하였다.
<발명의 개시>
본 발명의 목적은 제조 장치 내나 크린룸 내 등의 폐공간 내 또는 이들 폐공간에서 배출되는 배기 가스 내 등, 소정의 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 특정하거나 혹은 그 농도를 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 분위기 내의 환경을 제어할 수 있는 환경 모니터 방법 및 장치에 관한 것으로, 오염 물질의 존재를 간편하고 신속하게, 또한 저비용으로 검지하고, 측정 결과를 환경 관리에 피드백할 수 있는 환경 모니터 방법 및 장치, 및 이러한 환경 모니터 장치를 구비한 반도체 제조 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적은 소정의 분위기 내에 놓인 적외선 투과 기판 내에 적외선을 입사하고, 상기 적외선 투과 기판의 내부에서 다중 반사된 후에 상기 적외선 투과 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고, 검출한 적외선에 기초하여, 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도를 측정하고, 측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도에 기초하여, 상기 분위기를 관리하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법에 의해서 달성된다.
또한, 상기한 환경 모니터 방법에 있어서, 검출한 적외선을 분광 분석함으로써, 상기 분위기 내의 오염 물질의 종류 및/또는 농도를 측정하도록 해도 된다.
또한, 상기한 환경 모니터 방법에 있어서, 특정 오염 물질의 분자 진동 파장에 대응하는 파장 영역의 적외선을 선택적으로 검출하고, 상기 특정 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하도록 해도 된다.
또한, 상기한 환경 모니터 방법에 있어서, 적외선의 파장을 소인(sweep)하면서 상기 적외선 투과 기판에 입사하고, 소인하는 파장 영역에 분자 진동 파장이 존재하는 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하도록 해도 된다.
또한, 상기한 환경 모니터 방법에 있어서, 측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 높은 경우에 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하도록 해도 된다.
또한, 상기 목적은 소정의 분위기 내에 재치된 적외선 투과 기판과, 상기 적외선 투과 기판에 적외선을 입사하는 적외광원과, 상기 적외선 투과 기판 내부에서 다중 반사된 후에 상기 적외선 투과 기판으로부터 출사되는 적외선에 기초하여, 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도를 산출하는 오염 물질 분석 수단과, 상기 오염 물질 분석 수단에 의해 산출한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도에 따라서, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 장치에 의해서도 달성된다.
또한, 상기한 환경 모니터 장치에 있어서, 상기 오염 물질 분석 수단은 검출한 적외선을 분광 분석함으로써, 상기 분위기 내의 오염 물질의 종류 및/또는 농도를 측정하도록 해도 된다.
또한, 상기한 환경 모니터 장치에 있어서, 특정 오염 물질의 분자 진동 파장에 대응하는 파장 영역의 적외선을 선택적으로 투과시키는 적외선 대역 투과 필터를 더 구비하고, 상기 오염 물질 분석 수단은 상기 적외선 대역 투과 필터를 통과한 적외선을 분석함으로써, 상기 특정 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를측정하도록 해도 된다.
또한, 상기한 환경 모니터 장치에 있어서, 상기 적외광원은 적외선의 발광 파장을 소인(掃引)하여 상기 적외선 투과 기판에 입사하는 발광 파장 가변형의 적외광원으로써, 상기 오염 물질 분석 수단은 검출한 적외선에 기초하여, 소인하는 적외선의 파장 영역에 분자 진동 파장이 존재하는 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하도록 해도 된다.
또한, 상기 목적은 소정의 분위기 내에 재치된 반도체 웨이퍼에 소정의 처리를 실시하는 반도체 웨이퍼 처리 수단과, 상기 분위기 내에 재치된 적외선 투과 기판과, 상기 적외선 투과 기판에 적외선을 입사하는 적외광원과, 상기 적외선 투과 기판 내부에서 다중 반사된 후에 상기 적외선 투과 기판으로부터 출사되는 적외선에 기초하여 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도를 산출하는 오염 물질 분석 수단과, 상기 오염 물질 분석 수단에 의해 산출한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도에 따라서, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치에 의해서도 달성된다.
또한, 상기한 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 오염 물질은 상기 반도체 웨이퍼 처리 수단에 의한 상기 소정의 처리를 수행하기 위해서 방해가 되는 물질이어도 된다.
또한, 상기한 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼 처리 수단은 광을 반사하고 또는 투과시키는 광학 부품을 통해 상기 반도체 웨이퍼를 노광하는 노광 수단이고, 상기 오염 물질 제거 수단은 상기 광학 부품의 표면에 부착된 오염물질을 제거하도록 해도 된다.
본 발명에 따르면, 내부 다중 반사를 이용한 푸리에 적외선 분광법을 이용하여 분위기 내의 오염 물질의 특정·농도의 측정을 행하고, 그 측정 결과를 분위기 내의 오염 물질의 관리에 피드백하기 위해서, 분위기 내의 오염 물질을 고감도이고 또한 실시간으로 측정함과 함께, 분위기 내의 오염 물질이 소정치를 상회할 때에 즉시 제거할 수 있다.
본 발명은 제조 장치 내나 크린룸 내 등의 폐공간 내 또는 이들 폐공간에서 배출되는 배기 가스의 내 등, 소정의 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 특정하거나 혹은 그 농도를 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 분위기 내의 환경을 제어할 수 있는 환경 모니터 방법 및 장치, 및 이러한 환경 모니터 장치를 구비한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조를 도시한 개략도.
도 2는 분자 결합의 결합 에너지와 진동 파장과의 관계를 나타내는 그래프.
도 3은 대기 내의 오염 물질의 농도와 24시간 방치에 의해 실리콘 표면에 부착된 오염 물질의 밀도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조를 도시한 개략도.
도 5는 적외선 대역 투과 필터의 적외선 투과 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서의 적외선 대역 투과 필터의 변형예를 도시한 개략도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서의 적외광원의변형예를 도시한 개략도.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 반도체 제조 장치의 구조를 도시한 개략도.
도 10은 본 발명의 제5 실시 형태에 의한 반도체 제조 장치의 구조를 도시한 개략도.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
[제1 실시 형태]
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조를 도시한 개략도, 도 2는 분자 결합의 결합 에너지와 진동 파장과의 관계를 나타내는 그래프, 도 3은 대기 내의 오염 물질의 농도와 24시간 방치에 의해 실리콘 표면에 부착된 오염 물질의 밀도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
〔1〕 환경 모니터 장치의 전체 구성
본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
오염 물질을 포함하는 분위기(10) 내에는 분위기(10) 내의 오염 물질을 흡착하여 측정에 제공하기 위한 적외선 투과 기판(12)이 재치되어 있다. 적외선 투과 기판(12)의 일 단면측에는, 적외선 투과 기판(12) 내에 적외선을 입사하여 내부 다중 반사시키기 위한 적외광원(20)이 준비되어 있다. 적외선 투과 기판(12)의 타단면측에는 적외선 투과 기판(12) 내부에서 다중 반사된 후에 출사되는 적외선을 검출하고, 검출 적외선에 기초하여 분위기(10) 내의 오염 물질을 분석하는 오염 물질 분석 수단(30)이 설치되어 있다. 오염 물질 분석 수단(30)에는 오염 물질 분석 수단(30)에 의한 분석 결과에 기초하여 분위기(10) 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단(50)이 설치되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치는 어떤 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 내부 다중 반사 푸리에 적외선 분광(FTIR-MIR)법에 의해 검출하는 오염 물질 분석 수단과, 그 검출 결과에 기초하여 분위기 내의 환경을 제어하는 오염 물질 제거 수단을 포함하는 것에 주된 특징이 있다.
내부 다중 반사 적외선 푸리에 분광법은 양면 연마한 적외선 투과 기판에 적외선을 입사하고, 적외선 투과 기판 내부에서 다중 반사된 후에 출사되는 적외선을 측정함으로써, 기판의 표면에 부착된 오염 물질을 검출하는 방법이다. 기판의 일단에 적외선을 특정한 입사각도로 입사하면, 적외선은 기판 내부를 양 표면에서 전 반사를 반복하면서 전파하고, 그 때 기판 표면에 적외광(이버네슨트(Evanescent)광)이 스며나와, 표면에 부착된 유기 오염 물질에 의해 적외선 스펙트럼의 일부가 흡수된다. 기판의 타단으로부터 방출된 이 전파광을 FT-IR에 의해서 분광 분석함으로써, 기판 표면에 부착된 유기 오염 물질의 검출, 특정이 가능하다. 또한, 환경 내에 기판을 방치하면, 그 기판 상에는 환경 분위기 내에 포함되는 오염 물질이 부착된다. 따라서, 기판 상에 부착된 오염 물질을 측정함으로써 환경 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 간접적으로 측정할 수 있다.
이와 같이 하여, 환경 모니터 장치를 구성함으로써, 어떤 분위기 내의 오염 물질을 실시간으로 모니터할 수 있음과 함께, 그 결과를 환경 관리로 즉시 피드백할 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 각 구성 부분에 대하여 상술한다.
(a) 적외선 투과 기판(12)
적외선 투과 기판(12)은, 상술한 바와 같이, 측정 대상인 분위기(10) 내의 오염 물질을 흡착하여 측정에 제공하기 위한 것으로, 피측정 대상 물질의 분자 진동에 대응하는 파장 영역의 광을 투과시키는 재료인 것이 필요하다. 대표적인 오염 물질인 유기 물질의 기본 진동에 대응하는 파수 영역은, 500㎝-1(파장 20㎛)∼5000㎝-1(파장 2㎛) 정도의 적외선·근적외선 영역이다. 따라서, 적외선 투과 기판(12)을 구성하는 재료는 이들 파수 영역(파장 영역)의 광을 투과시킬 수 있는 적외선 투과 물질군 중에서 선택한다.
적외선·근적외선 영역의 광을 투과시키는 재료로서는, 예를 들면 실리콘(Si 투과 파장 영역: 1.2∼6㎛), 브롬화칼륨(KBr: 투과 파장 영역 0.4∼22㎛), 염화 칼륨(KCl: 투과 파장 영역 0.3∼15㎛), 셀레늄화 아연(ZnSe: 투과 파장 영역 0.6∼13㎛), 불화 바륨(BaF2: 투과 파장 영역 0.2∼5㎛), 브롬화 세슘(CsBr: 투과 파장 영역 0.5∼30㎛), 게르마늄(Ge: 투과 파장 영역 2∼18㎛), 불화 리튬(LiF: 투과 파장영역 0.2∼5㎛), 불화칼슘(CaF2: 투과 파장 영역 0.2∼8㎛), 사파이어(Al2O3: 투과 파장 영역 0.3∼5㎛), 요드화 세슘(CsI :투과 파장 영역 0.5∼28㎛), 불화 마그네슘(MgF2: 투과 파장 영역 0.2∼6㎛), 브롬화 탈륨(KRS-5: 투과 파장 영역 0.6∼28㎛), 황화 아연(ZnS: 투과 파장 영역 0.7∼11㎛) 등이 있다. 따라서, 이들 재료에 의해 적외선 투과 기판(12)을 구성할 수 있다. 또, 이들 재료 중에는 조해성을 갖고 있기 때문에, 사용 환경에 따라서는 적합하지 못한 것도 있다. 적외선 투과 기판(12)을 구성하는 재료는 사용 환경이나 필요한 투과 파장 영역에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
적외선 투과 기판(12)의 외형으로서는, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 단부면을 45°의 테이퍼형으로 가공한 단책형의 형상을 적용할 수 있다. 또, 예를 들면 특원평 11-231495호 명세서에 기재한 바와 같은, 복수의 적외선 전파 길이를 갖는 기판을 적용해도 된다. 또한, 예를 들면 특원평 11-95853호 명세서에 기재와 같이, 300㎜ 실리콘 웨이퍼를 그대로 이용해도 된다. 실리콘웨이퍼를 그대로 이용하는 장점으로서는 기존의 반도체 제조 장치에 의해서 세정(초기화)할 수 있는 점을 들 수 있다.
또, 본 발명에 의한 환경 모니터 장치는 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착된 오염 물질의 특정과 정량화를 행하는 것으로 환경 분위기 내의 오염 물질을 측정하는 것이지만, 적외선 투과 기판(12)에 흡착되는 오염 물질의 량은 시간의 경과에 따라 포화한다. 이 때문에, 대기 중의 오염 물질 농도의 변화를 긴 시간에걸쳐서 조사할 필요가 있을 때는 적외선 투과 기판(12)의 표면에 부착된 오염 물질을 정기적으로 제거하는 세정 공정이 필요해진다.
적외선 투과 기판(12)을 초기화하는 수단으로서는, 예를 들면 적외선 투과 기판(12)의 근방에 자외선 광원을 준비하고, 자외선 광원으로부터의 자외선의 조사에 의해 오염 물질을 제거하는 수단을 적용할 수 있다. 부착된 유기 오염 물질의 결합 에너지보다도 큰 에너지를 갖는 자외선은 적외선 투과 기판(12)에 부착된 유기 오염 물질을 해리·증발시킬 수 있다. 따라서, 이러한 자외선을 적외선 투과 기판(12)에 조사함으로써, 기판에 부착된 오염 물질을 제거할 수 있다. 예를 들면, 오염 물질을 제거하기 위한 자외선 광원으로서는, Xe(크세논) 엑시머 광, 185㎚과 254㎚의 발광 파장을 갖는 저압 수은 등, 172㎚의 발광 파장을 갖는 유전체 배리어 방전 엑시머 램프 등의 자외선 광원을 적용할 수 있다. 이러한 에너지를 갖는 광의 조사에 의해, C-C, C-H, C-O 등의 유기 오염 물질의 결합을 해리하여, 적외선 투과 기판(12)의 표면으로부터 제거 혹은 증발시킬 수 있다.
또, 오염 물질의 제거에는 다른 화학적·물리적 제거 방법을 이용해도 된다. 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는 적외선 투과 기판(12)의 상면과 하면의 양방으로 반사와 흡수가 발생하기 때문에, 기판의 양면을 세정할 필요가 있다. 또한, 예를 들면 특원평 11-231495호 명세서에 기재와 같이, 자외선 광원으로부터 발생한 자외선을 효율적으로 적외선 투과 기판(12)의 양면에 조사하기 위한 반사경을 설치해도 된다.
(b) 적외광원(20)
적외광원으로서는, 유기 분자의 분자 진동에 대응하는 2∼25㎛ 대역의 적외선을 발하는 광원을 적용할 수 있다.
예를 들면, 필라멘트로서의 탄화 실리콘(SiC)이나 니크롬선에 전류를 인가하여 발하는 열선을 광원으로서 이용할 수 있다. SiC 글로버 램프 등의 SiC를 이용한 광원은 1.1∼25㎛ 대역의 적외선을 발하고, 또한 공기 중에서 노출로 사용해도 소손이 없다고 하는 특징이 있다.
또한, 적외선·근적외선 대역에 발광 파장을 갖는 반도체 레이저나 발광 다이오드를 적외광원으로서 이용할 수도 있게 된다. 반도체 레이저나 발광 다이오드를 이용한 광원은 소형임과 함께 기판 단부면에 작은 초점을 연결하기 쉽다는 특징이 있다.
또한, 광원의 효율을 높여서, 적외선의 강도를 크게 하기 위해서 적당한 형상의 반사판을 설치하여도 된다. 예를 들면 특원평 11-95853호 명세서에 기재된 여러가지의 적외광원을 적용할 수 있다.
(c) 오염 물질 분석 수단(30)
오염 물질 분석 수단(30)은, 예를 들면 이 광속 간섭계(마이켈슨 광간섭계)를 기초로 한 푸리에 변환 분광의 메카니즘에 의해 적외선을 분광하는 FT-IR 장치의 분광기로, 검출 적외선의 인터페로그램(간섭 파형)을 생성하는 적외선 간섭계(32)와, 적외선 간섭계(32)에 의해 생성된 적외선 간섭파를 전기 신호로 변환하는 적외선 검출기(34)와, A/D 컨버터(36)와, 전기 신호로 변환된 인터페로그램을 푸리에 변환하여 파장(주파수) 영역으로 변환하는 연산 장치(38)와, 오염 물질의 특정이나 정량 등의 시에 참조되는 데이터베이스(40)로 구성할 수 있다.
적외선 투과 기판(12)으로부터 출사한 적외선을 적외선 간섭계(32)에 입사하고, 적외선 검출기(34)에 의해 전기 신호로 변환하고, 전기 신호로 변환한 인터페로그램을 연산 장치(38)에 의해 푸리에 변환하여 파장(주파수) 영역으로 변환함으로써, 파장 영역에서의 공명 흡수 스펙트럼을 얻을 수 있다.
도 2는 분자 결합의 결합 에너지와 진동 파장과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도시한 바와 같이 분자의 진동 파장은 적외선 영역에 있어, 분자의 관능기(원자의 조합 집단)마다 특정한 진동 파장 영역에 흡수 스펙트럼을 갖는다. 따라서, 적외선의 공명 흡수 스펙트럼을 분석함으로써, 기판 상에 부착된 오염 물질을 특정할 수 있다. 또, 물질 특정용 적외선 흡수 스펙트럼의 데이터베이스가 갖추어져 있고, 이미 시판되어 있다.
또, 기판 상에 오염 물질이 부착되어 있지 않을 때의 공명 흡수 스펙트럼 강도 I0과, 오염 분자가 부착되었을 때의 공명 흡수 스펙트럼 강도 I1과의 비를 대수 표시하고 부호 반전한 것(-log(I1/I0))은 흡광도로서 정의되고, 이 흡광도의 크기에 기초하여 기판 상의 오염 물질의 양을 산출할 수 있다.
또, 유기 오염 물질의 종류와 검량선은 별도 데이터베이스(40)에 저장되어 있고, 측정 데이터는 이들의 데이터를 참조하여 정량화된다. 또한, 데이터베이스(40)에는 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착한 오염 물질의 양과 대기 내의 오염 물질의 양과의 관계가 데이터베이스로서 저장되어 있고, 검출된 적외선 투과 기판(12) 표면의 오염 물질의 양으로부터 대기 내의 오염 물질의 농도를 산출할 수 있다. 분위기 내의 오염 물질 농도의 정량화의 방법에 대해서는 후술한다.
또한, 연산 장치(38)에 접속하여 표시 장치(도시하지 않음)를 설치하고, 연산 장치(38)에 의한 분석 결과를 표시하도록 해도 된다.
측정에 이용하는 적외선은, 순간에 적외선 투과 기판(12) 내부에서 다중 반사되어 빠져 나가기 때문에, 내부 다중 반사 푸리에 적외선 분광법의 측정 시간은 종래의 분석 방법과 비교하면, 약 1/100 정도의 단시간이 된다. 단시간에서 측정을 할 수 있음으로써, 동적인 상태 변화를 파악할 수 있기 때문에, 바람직한 상태로 유지하는 목적을 실현하기 위한 귀환 동작의 센서로서 적합하다. 또, 종래의 측정 방법에서는 분석에는 진공 용기나 강한 자장이 필요한 것에 대하여, 본 발명에서는 이러한 특별한 장소를 필요로 하지 않고, 대기 중에서의 분석이 가능하다. 따라서, 장치가 소형으로 되고, 유지비를 싸게 할 수 있다는 특징도 있다.
(d) 오염 물질 제거 수단(50)
오염 물질 제거 수단(50)은 오염 물질 분석 수단(30)의 피드백 제어 신호에 기초하여, 오염 물질 제거 장치(54)를 제어하여, 환경 중의 오염 물질을 제거하는 것으로, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 오염 물질 제거 장치(54)와, 오염 물질 제거 장치(54)를 제어하는 제어 장치(52)를 갖고 있다.
연산 장치(38)는 오염 물질 분석 수단(30)에 의해 검출된 오염 물질이 사전에 정해진 소정치보다도 높은 경우에 피드백 제어 신호를 출력하고, 제어 장치(52)를 제어한다. 이에 따라, 제어 장치(52)를 통해 오염 물질 제거 장치(54)를 구동하여, 환경 내부의 오염 물질을 제거한다.
오염 물질 제거 장치(54)로서는, 적외선 투과 기판(12)의 초기화에 이용하는 것과 마찬가지의 자외선 광원을 적용할 수 있다. 또한, 자외선 광원을 대신하여, 플라즈마 발생 장치를 설치하고, 플라즈마에 의해 오염 물질을 분해하도록 해도 된다. 또, 분위기 내로부터 오염 물질을 배출하는 배기 장치를 적용할 수도 있다.
또한, 오염 물질 제거 장치(54)는 적외선 투과 기판(12)의 초기화에 이용하는 장치와 공용해도 된다.
〔2〕 분위기 내의 오염 물질 농도의 정량화
본 발명에 의한 환경 모니터 방법으로는, 적외선 투과 기판(12)에 부착되거나 혹은 그 근방에 존재하는 오염 물질의 양을 내부 다중 반사 적외선 분광법에 의해 측정하고, 분위기 내의 오염 물질 농도로 환산한다. 즉, 분위기 내의 오염 물질 농도를 직접 측정하고 있는 것은 아니다. 따라서, 적외선 투과 기판(12)의 근방에 존재하는 오염 물질의 양으로부터 분위기 내의 오염 물질의 농도를 구하기 위해서는, 분위기 내의 오염 물질 농도와 적외선 흡수 피크의 흡광도의 크기와의 관계를 사전에 구해 두고, 검량선을 작성해둘 필요가 있다. 적외선 투과 기판(12)에의 부착량의 절대치는 반드시 산출할 필요는 없다.
분위기 내의 오염 물질 농도와 흡수피크의 흡광도의 크기와의 관계를 나타내는 검량선을 구함에 있어서, 우선 이들의 관계에 대하여 고찰한다.
분위기 내의 오염 물질 농도가 높아질수록, 오염 물질은 적외선 투과기판(12)에 부착되기 쉬워진다. 따라서, 분위기 내의 오염 물질 농도의 증가에 의해 적외선 투과 기판(12) 상에 부착되는 오염 물질의 양도 증가한다. 여기서, 분위기 내의 오염 물질 농도를 C, 부착량과 농도의 환산 계수를 K1, 오염 물질의 적외선 투과 기판(12)에의 부착량을 W로 하면, 이들의 사이에는 이하의 관계식이 성립한다.
한편, 적외선 투과 기판(12)이 오염된 후의 투과광량 I는 오염 전의 투과광량을 I0, 내부 반사 횟수를 N, 1회의 반사가 발생할 때의 단위 부착량당 흡광 계수를 α로 하면, 이하의 식에 의해 나타낼 수 있다.
또한, 흡광도 A는,
으로서 나타낸다. 따라서, 수학식 2 및 수학식 3을 이용하면, 흡광도 A는 다음식과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
따라서, 수학식 1은 흡광도와 농도의 환산 계수를 K2로 하면, 다음식과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
수학식 1 및 수학식 5로부터, 오염 물질의 농도와 기판에의 부착량, 오염 물질의 농도와 흡광도 사이에는 비례 관계가 성립하는 것을 알 수 있다. 따라서, 분위기 내에 노출한 적외선 투과 기판(12)에 부착된 오염 물질의 양을 흡광도의 크기로부터 구하고, 이것에 환산 계수를 곱함으로써 분위기 내의 오염 물질의 농도를 산출할 수 있다.
환산 계수의 측정은, 예를 들면 이하의 수순에 따라 행할 수 있다.
① 우선, 오염 물질이 일정 농도로 존재하는 공간에 적외선 투과 기판(12)을 노출한다.
② 계속해서, 기체 중의 오염 물질의 농도를 별도 수단(가스 검지관, 가스 크로마토그래프 등)에 의해 측정한다.
③ 계속해서, 적외선 투과 기판(12)에 부착된 오염 물질에 의한 흡수 피크의 흡광도의 크기를 내부 다중 반사법에 의해 측정한다.
④ 계속해서, 복수의 오염 물질 농도의 공간에 대하여 상기 ①∼③을 반복하여, ②, ③의 결과의 비로부터 환산 계수를 구한다.
또, 기판의 노출 시간은 일정한 것이 바람직하다. 노출 시간이 다르면 동일한 오염 물질의 농도라도 부착량이 변하는 경우가 있고, 이 경우에는 노출 시간이 같아지도록 흡광도의 크기의 환산을 행할 필요가 있기 때문이다. 그러기 위해서는, 적외선 투과 기판(12)을 분위기 내에 노출하면서 적당한 간격으로 흡광도의 크기의 측정을 행하여, 노출 시간과 흡광도의 크기의 관계를 사전에 구해 두는 것이 필요하다.
또한, 정확한 측정을 위해서는 내부 반사 조건이 같을 것이 필요하고, 동일한 기판 또는 동일 형상의 기판에 동일 조건으로 적외선을 입사시킬 필요가 있다. 또한, 흡광 계수는 오염 물질의 종류에 따라 다르기 때문에, 정확한 정량 측정을 행하기 위해서는 측정하고자 하는 모든 물질에 대하여 사전에 환산 계수의 측정을 행할 필요가 있다.
기판 상의 단위 면적당의 부착량을 산출할 때에는, 다음의 수순에 의해 검량선을 사전에 작성해 둔다.
① 우선, 오염 물질을 휘발성 용매 중에 희석한 농도가 각기 다른 복수의 용액을 준비한다.
② 계속해서, 기판 상에 이 용액을 일정량 도포한다.
③ 계속해서, 용액을 도포한 기판을 적당한 시간 방치하여, 용매를 증발시킨다.
④ 계속해서, 내부 다중 반사법에 의해 기판에 부착된 오염 물질에 의한 흡수피크의 흡광도의 크기를 측정한다.
⑤ 계속해서, 용액의 농도, 도포량, 기판 면적으로부터, 단위 면적당의 오염물질의 부착량을 산출한다.
⑥ 계속해서, 부착량과 흡광도의 관계로부터 검량선을 작성한다.
이렇게 해서, 검량선과 기판의 분위기 내 노출로 얻어진 흡광도와의 비교로부터, 기판에 부착된 오염 물질의 절대량을 구할 수 있다.
도 3은 24 시간 방치에 의한 화학 오염 물질의 공기 중 농도와 적외선 투과 기판으로서의 실리콘 웨이퍼 표면 오염과의 관계를 나타내는 그래프이다. DOP(디옥틸프탈레이트-Dioctylphthalate)인 경우, 예를 들면 1ng/㎥의 DOP 농도의 대기 중에 웨이퍼를 24 시간 방치하면, 웨이퍼 표면에의 부착량은 1012CH2unit/㎠인 것을 나타내고 있다. 반대로 말하면, 24 시간 방치한 후의 웨이퍼 표면의 부착량이 1012CH2unit/㎠이면, 대기 중 DOP 농도가 1ng/㎥인 것을 알 수 있다. 한편, TBP(인산 트리부틸: 난연제)나 실로키산(실리콘 코우킹제로부터의 휘발 물질)인 경우에 도시된 바와 같이, 공기 중 농도와 부착량과의 관계는 오염 물질, 방치 시간 등의 조건에 따라 다르다. 따라서, 측정 대상으로 하는 물질마다 공기 중 농도와 부착량의 관계를 사전에 구해 두는 것이 필요하다.
도 3에 도시한 바와 같은 검량선을 사전에 작성하여 데이터베이스(40)에 저장해 둠으로써, 적외선 투과 기판(12) 상에 부착된 오염 물질량으로부터 분위기 내에 존재하는 오염 물질의 농도를 산출할 수 있다. 또한, 도 3에 도시하는 검량선을 대신해서, 분위기 내의 오염 물질 농도와 흡수 피크의 흡광도의 크기와의 관계를 나타내는 검량선을 사전에 작성하여 데이터베이스(40)에 저장해두고, 분위기 내에 존재하는 오염 물질의 농도를 산출하도록 해도 된다.
〔3〕 환경 모니터 방법
본 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
우선, 적외선 투과 기판(12)을, 측정해야 할 분위기(10) 내에 설치한다. 또, 도 1에서는 적외선 투과 기판(12)만을 분위기(10) 내에 설치하고 있지만, 적외광원(20), 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 장치(50)의 전부 또는 일부를 분위기(10) 내에 설치해도 된다.
계속해서, 적외광원(20)으로부터 발생한 적외선을, 적외선 투과 기판(12) 내에 입사한다. 적외선 투과 기판(12) 내에 입사된 적외선은 적외선 투과 기판(12)의 표리의 표면에서 다중 내부 반사됨과 동시에 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착되어 있는 오염 물질의 정보를 누적하여 프로빙하고, 적외선 투과 기판(12)의 외부에 출사된다.
계속해서, 적외선 투과 기판(12)으로부터 출사된 적외선을, 적외선 간섭계(32)를 통해 적외선 검출기(34)에 의해 검출하고, 연산 장치(38)에 의해 오염 물질의 특정, 정량을 행한다.
계속해서, 연산 장치(38)에 의해 산출한 분위기(10) 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 큰 경우에는 연산 장치(38)는 제어 장치(52)에 피드백 제어 신호를 출력한다. 피드백 제어 신호를 받은 제어 장치(52)는 오염 물질 제거 장치를 구동하여, 분위기(10) 내의 오염 물질을 분해·배출한다. 이렇게 해서,분위기(10) 내의 오염 물질 농도를 원하는 값보다도 낮게 유지한다.
계속해서, 필요에 따라, 도시하지 않은 자외선 광원으로부터 발생한 자외선을 적외선 투과 기판(12)에 조사함으로써 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착되어 있는 오염 물질을 제거하여 기판 표면의 초기화를 행한다.
계속해서, 필요에 따라 상기 측정을 반복하여 행하여, 분위기 내의 오염 물질의 경시 변화 등을 측정한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 적외선 투과 기판(12) 내에서의 적외선의 내부 다중 반사를 이용한 푸리에 적외선 분광법을 이용하여, 분위기 내의 오염 물질의 특정·농도의 측정을 행하고, 그 측정 결과를 분위기(10) 내의 오염 물질의 관리에 피드백하기 때문에, 분위기 내의 오염 물질을 고감도 또한 실시간으로 측정함과 함께, 분위기 내의 오염 물질이 소정치를 상회할 때에 즉시 제거할 수 있다.
[제2 실시 형태]
본 발명의 제2 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치에 대하여 도 4 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 3에 도시하는 제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 혹은 간략하게 한다.
도 4는 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조를 도시한 개략도, 도 5는 적외선 대역 투과 필터의 적외선 투과 스펙트럼을 나타내는 그래프, 도 6은 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서의 적외선 대역 투과 필터의 변형예를 도시한 개략도이다.
제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는, 여러가지의 오염 물질의 분자 진동 파장 영역을 포함하는 발광 파장을 갖는 적외광원을 이용하여, 내부 다중 반사 푸리에 적외선 분광법에 의해 오염 물질의 특정이나 정량을 행한다. 그러나, 오염 물질의 관리가 필요한 분위기에 따라서는, 그 분위기에 영향을 주는 오염 물질은 이미 알려져 있다. 이러한 경우, 그 오염 물질에 특유한 관능기(예를 들면, C-H기, O-H기, Si-H기 등)의 분자 진동에 대응하는 파장 영역의 적외선의 흡광도만을 측정하면 오염 물질의 분석에는 충분하다.
그래서, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는, 적외선 투과 기판(12)과 적외선 검출기(34) 사이에 적외선 대역 투과 필터(42)를 설치하여 특정 파장 영역의 적외선만을 선택적으로 검출하고, 그 파장 영역에 대응하는 특정 오염 물질의 농도를 산출하여, 산출한 농도에 기초하여 분위기(10)의 오염 물질 관리에 피드백하도록 구성하고 있다.
즉, 본 실시 형태에 따른 환경 모니터 장치는, 도 4에 도시한 바와 같이, 임의의 분위기(폐공간)(10) 내에 재치된 적외선 투과 기판(12)을 내부 다중 반사한 후에 출사되는 적외선을 검출함으로써 분위기(10) 내에 존재하는 오염 물질을 분석하는 오염 물질 분석 수단(30)과, 그 분석 결과에 기초하여 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단(50)을 갖는 점은 제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치와 마찬가지이다. 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 주된 특징은 적외선 투과 기판(12)과 적외선 검출기(34) 사이에 적외선 간섭계(32)를 설치하는 대신에, 적외선 대역 투과 필터(42)를 설치하여, 특정한 파장 영역의 적외선만을선택적으로 적외선 검출기(34)에 도입하는 점에 있다.
이와 같이 하여, 환경 모니터 장치를 구성함으로써, 고가의 적외선 간섭계(32)(FT-IR 장치)가 필요하지 않기 때문에, 장치 가격을 저렴화할 수 있다.
특정 관능기의 분자 진동 파장에 대응한 적외선 대역 투과 필터는, 예를 들면 미국의 스펙트로곤(SPECTROGON)사로부터 판매되고 있다. 도 5는 동 회사로부터 판매되어 있는 적외선 대역 투과 필터의 적외선 투과 스펙트럼의 예를 나타내는 그래프이다. 도 5a, 도 5b, 도 5c는, 각각 O-H 기의 분자 진동에 대응하는 파장 영역을 투과시키는 필터, C-H기의 분자 진동에 대응하는 파장 영역을 투과시키는 필터, Si-H기의 분자 진동에 대응하는 파장 영역을 투과시키는 필터이다. 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 적외선 대역 투과 필터(42)로서는, 이러한 필터를 적용할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는, 적외선 대역 투과 필터(42)와 적외선 검출기(34) 사이에 쵸퍼(44)를 설치하고, 쵸퍼 구동 회로(46)에 의해 구동하도록 하여, 적외선 검출기(34)와 A/D 변환기(36) 사이에 록-인 증폭기(45)를 설치하고 있다. 쵸퍼(44)의 쵸핑 주파수와 적외선의 검출을 동기시킴에 의해, S/N비를 향상시킬 수 있다. 또, 쵸퍼(44), 쵸퍼 구동 회로(46), 록-인 증폭기(48)는 반드시 설치할 필요는 없다. 또한, 쵸퍼(44)는 적외광원(20)과 적외선 투과 기판(12) 사이에 준비해도 된다.
다음에, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법에 대하여 도 4를 이용하여 설명한다.
우선, 적외선 투과 기판(12)을 측정해야 할 분위기(10) 내에 설치한다. 또, 도 4에서는 적외선 투과 기판(12)만을 분위기(10) 내에 설치하고 있지만, 적외광원(20), 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 장치(50)의 전부 또는 일부를 분위기(10) 내에 설치해도 된다.
계속해서, 적외광원(20)으로부터 발생한 적외선을, 적외선 투과 기판(12) 내에 입사한다. 적외선 투과 기판(12) 내에 입사된 적외선은 적외선 투과 기판(12)의 표리의 표면에서 다중 내부 반사됨과 동시에 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착되어 있는 오염 물질의 정보를 누적하여 프로빙하고 적외선 투과 기판(12)의 외부에 출사된다.
계속해서, 적외선 투과 기판(12)으로부터 출사된 적외선을 적외선 대역 투과 필터(42)를 통해 적외선 검출기(34)에 의해 검출한다. 이에 따라, 적외선 검출기(34)에서는 특정 오염 물질의 분자 진동 파장에 대응하는 파장의 적외선만이 검출된다.
계속해서, 적외선 검출기(34)에 의해 검출된 적외선 강도에 기초하여, 연산 장치(38)에 의해서 적외선의 흡광도 스펙트럼을 구하여, 오염 물질의 특정·정량을 행한다.
계속해서, 연산 장치(38)에 의해 산출한 분위기(10) 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 큰 경우에는 연산 장치(38)는 제어 장치(52)에 피드백 제어 신호를 출력한다. 피드백 제어 신호를 받은 제어 장치(52)는 오염 물질 제거 장치를 구동하여, 분위기(10) 내의 오염 물질을 분해·배출한다. 이렇게 해서,분위기(10) 내의 오염 물질 농도를 원하는 값보다도 낮게 유지한다.
계속해서, 필요에 따라 도시하지 않은 자외선 광원으로부터 발생한 자외선을 적외선 투과 기판(12)에 조사함으로써 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착되어 있는 오염 물질을 제거하여 기판 표면의 초기화를 행한다.
계속해서, 필요에 따라 상기 측정을 반복하여 행하여 분위기 내의 오염 물질의 경시 변화 등을 측정한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 적외선 대역 투과 필터를 설치하고, 특정 오염 물질의 분자 진동 파장에 대응하는 파장 영역의 적외선만을 검출하여 특정 오염 물질의 농도 측정을 행하고, 그 농도에 기초하여 분위기(10)의 오염 물질 관리에 피드백하기 때문에, 고가의 FT-IR 장치를 사용할 필요가 없다. 이에 따라, 장치 가격을 저렴화할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 적외선 대역 투과 필터(42)를 적외선 투과 기판(12)과 적외선 검출기(34) 사이에 설치하고 있지만, 투과 대역이 각기 다른 복수의 적외선 대역 투과 필터를 준비하고, 이들 필터를 투과한 적외선을 순차 분석함으로써, 복수의 특정 오염 물질을 분석을 하도록 해도 된다.
예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 투과 대역이 다른 복수의 적외선 대역 투과 필터(42a∼42f)를 회전판(60)의 동심원주 상에 배치하여 이루어지는 적외선 대역 투과 필터(42)를 준비하고, 회전판(60)을 회전축으로 따라서 회전함으로써, 적외선 투과 기판(12)을 출사한 적외선이 투과하는 적외선 대역 투과 필터(42a∼42f)를 순차 교환할 수 있다. 회전판(60)에 의한 적외선 대역 투과 필터(42a∼42f)의 선택은, 예를 들면 연산 장치(38)에 의한 필터 설정 신호에 기초하여 제어할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 적외선 투과 기판(12)과 적외선 검출기(34) 사이에 적외선 대역 투과 필터(42)를 설치하였지만, 적외광원(20)과 적외선 투과 기판(12) 사이에 적외선 대역 투과 필터(42)를 설치해도 된다.
[제3 실시 형태]
본 발명의 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치에 대하여 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 6에 도시하는 제1 및 제2 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 혹은 간략히 한다.
도 7은 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 구조를 도시한 개략도, 도 8은 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서의 적외광원의 변형예를 도시한 개략도이다.
제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는, 여러가지의 오염 물질의 분자 진동 파장 영역을 포함하는 발광 파장을 갖는 적외광원을 이용하고, 내부 다중 반사 푸리에 적외선 분광법에 의해 오염 물질의 특정이나 정량을 행한다. 그러나, 상술한 바와 같이, FT-IR 장치는 대형·고가이기 때문에, 환경 모니터 장치의 소형화나 저렴화를 도모하기 위해서는 FT-IR 장치를 대신하는 적외선 분석 장치를 적용하는 것이 바람직하다. 한편, 제2 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치와 같이 특정 파장 영역의 적외선만을 분석하는 방법은, 오염 물질이 미지의 경우나 복수의오염 물질을 검출할 필요가 있는 경우에는 반드시 적합할 만한 것은 아니다.
그래서, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는 적외광원에서 발생하는 적외선의 발광 파장을 소인하여, 이것과 동기하여 적외선 투과 기판을 출사한 적외선을 분석함으로써, 분자 진동 파장이 파장 소인 영역에 포함되는 1 또는 2 이상의 오염 물질에 대한 농도를 산출하고, 산출한 농도에 기초하여 분위기(10)의 오염 물질 관리에 피드백하도록 구성하고 있다.
즉, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치는, 도 7에 도시한 바와 같이, 임의의 분위기(폐공간)(10) 내에 재치된 적외선 투과 기판(12)을 내부 다중 반사한 후에 출사되는 적외선을 검출함으로써 분위기(10) 내에 존재하는 오염 물질을 분석하는 오염 물질 분석 수단(30)과, 그 분석 결과에 기초하여 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단(50)을 갖는 점은, 제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치와 마찬가지이다. 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치의 주된 특징은, 적외광원이 파장 가변형의 적외광원(22)이고, 적외광원 구동 회로(24)에 의해서 적외광원(22)으로부터 출사되는 적외선의 파장을 제어할 수 있게 되고 있고, 또한 적외선 투과 기판(12)으로부터 출사된 적외선을 적외선 간섭계(32)를 통하지 않고서 적외선 검출기(34)에 도입하는 점에 있다.
이와 같이 하여 환경 모니터 장치를 구성함으로써, 고가의 적외선 간섭계(32)(FT-IR 장치)가 필요하지 않기 때문에, 장치 가격을 저렴화할 수 있다. 또한, 적외광원(22)의 발광 파장을 소인할 수 있기 때문에, 오염 물질이 미지의 경우나 관능기가 각기 다른 복수의 오염 물질이 존재하는 경우에도, 장치 구성을 복잡하게 하지 않고 이들 오염 물질의 농도 측정을 행할 수 있다.
파장 가변형의 적외광원(22)으로서는, 예를 들면 파장 가변형의 반도체 발광 소자나, 의사 위상정합을 이용한 광 파라메트릭 발진 소자를 이용할 수 있다.
파장 가변형의 반도체 발광 소자로서는, 파장 가변형의 적외선 반도체 레이저나 적외선 발광 다이오드가 시판되어 있다. 이들 소자에서는, 주입 전류나 온도의 제어에 의해 발광 파장을 제어할 수 있다.
의사 위상 정합을 이용한 광 파라메트릭 발진 소자란, LiNbO3이나 LiTaO3등의 강유전체 비선형 광학 결정의 유전분극 방향을 주기적으로 180도 반전하여 적층한 적층체를 공진기 내에 배치한 소자로써, 여기 광의 입사에 의해 소정의 발진 파장을 갖는 출력 광을 얻을 수 있다(예를 들면, 응용 물리, 제67권, 제9호, 1046∼1050페이지(1998)를 참조). 이 소자에서는, 적층체에 인가하는 전압이나 온도를 제어함으로써 발광 파장을 제어할 수 있다.
적외광원(22)은 적외광원 구동 회로(24)에 접속되어 있고, 적외광원 구동 회로(24)에 의해 발광 파장을 제어할 수 있게 되어 있다. 적외광원 구동 회로(24)는 적외광원(22)에 인가하는 구동 전압이나 주입 전류를 제어하거나, 혹은 적외광원(22)을 구성하는 발광 소자에 부착된 펠티에 소자 등의 온도 가변 소자(도시하지 않음)를 제어하여 발광 소자의 온도를 제어함으로써, 적외광원(22)으로부터 발생되는 적외선의 파장을 제어한다.
적외광원 구동 회로(24)는 연산 장치(38)에도 접속되어 있다. 적외광원 구동 회로(24)는 적외광원(22)으로부터 발생하는 적외선의 파장 설정 신호를 연산 장치(38)에 출력한다. 이에 따라, 적외광원(22)으로부터 발생하는 적외선의 파장과 검출 적외선의 정보를 관련지어 분석할 수 있다.
또, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에서는, 적외선 투과 기판(12)과 적외선 검출기(34) 사이에 쵸퍼(44)를 설치하고, 쵸퍼 구동 회로(46)에 의해 구동하도록 하고, 적외선 검출기(34)와 A/D 변환기(36) 사이에 록-인 증폭기(48)를 설치하고 있다. 쵸퍼(44)의 쵸핑 주파수와 적외선의 검출을 동기시킴으로써, S/N비를 향상시킬 수 있다. 또, 쵸퍼(44), 쵸퍼 구동 회로(46), 록-인 증폭기(48)는 반드시 설치할 필요는 없다.
또한, 쵸퍼(44) 및 쵸퍼 구동 회로(46)를 설치하는 대신에, 적외광원 구동 회로(24)로부터 출력한 주파수 변조 신호를 록-인 증폭기(48)에 입력하도록 구성하고, 이 주파수 변조 신호를 동기 신호로서 이용하도록 해도 된다.
다음에, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법에 대하여 도 7을 이용하여 설명한다.
우선, 적외선 투과 기판(12)을 측정해야 할 분위기(10) 중에 설치한다. 또, 도 7에서는, 적외선 투과 기판(12)만을 분위기(10) 중에 설치하고 있지만, 적외광원(22), 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 장치(50)의 전부 또는 일부를 분위기(10) 중에 설치해도 된다.
계속해서, 적외광원 구동 회로(24)로부터 소정의 제어 신호를 적외광원(22)에 출력하여, 적외광원(22)으로부터 출사되는 적외선의 파장을 제어한다. 이와 동시에, 적외광원 구동 회로(24)에 의해 적외광원(22)으로부터 발생하는 적외선의 파장 설정 신호를 연산 장치(38)에 출력한다.
계속해서, 적외광원(22)으로부터 발생한 적외선을 적외선 투과 기판(12) 내에 입사한다. 적외선 투과 기판(12) 내에 입사된 적외선은 적외선 투과 기판(12)의 표리의 표면에서 다중 내부 반사됨과 동시에 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착되어 있는 오염 물질의 정보를 누적하여 프로빙하여 적외선 투과 기판(12)의 외부에 출사된다.
계속해서, 적외선 투과 기판(12)으로부터 출사된 적외선을 적외선 검출기(34)에 의해 검출하고, 연산 장치(38)에 의해 적외선의 흡광도 스펙트럼을 구하고, 오염 물질의 특정·정량을 행한다. 이 때, 적외광원 구동 회로(24)로부터 출력된 파장 설정 신호에 관련지어 기록한다.
계속해서, 적외광원 구동 회로(24)에 의해 적외광원(22)의 발광 파장을 소인하면서 상기한 측정을 반복하여 행함으로써, 제1 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치에 의해 얻어지는 것과 동등한 흡광도 스펙트럼과 발광 파장과의 관계를 측정할 수 있다.
계속해서, 연산 장치(38)에 의해 산출한 분위기(10) 중의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 큰 경우에는, 연산 장치(38)는, 제어 장치(52)에 피드백 제어 신호를 출력한다. 피드백 제어 신호를 받은 제어 장치(52)는 오염 물질 제거 장치를 구동하여, 분위기(10) 내의 오염 물질을 분해·배출한다. 이렇게 해서, 분위기(10) 중의 오염 물질 농도를 원하는 값보다도 낮게 유지한다.
계속해서, 필요에 따라서, 도시하지 않은 자외선 광원으로부터 발생한 자외선을 적외선 투과 기판(12)에 조사함으로써 적외선 투과 기판(12)의 표면에 흡착되어 있는 오염 물질을 제거하여, 기판 표면의 초기화를 행한다.
계속해서, 필요에 따라 상기 측정을 반복하여 행하여, 분위기 내의 오염 물질의 경시 변화 등을 측정한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 파장 가변형의 적외광원을 준비하고, 발광 파장을 소인하기 때문에, 고가의 FT-IR 장치를 사용하지 않고 소정의 파장 영역에서의 오염 물질의 분석을 하고, 오염 물질 관리에 피드백할 수 있다. 이에 따라, 장치 가격을 저렴화할 수 있다.
또, 현상에서 입수 가능한 파장 가변형의 발광 소자에 있어서는, 관능기의 분자 진동 파장에 대응하는 파장 영역을 전부 포함하는 파장 영역에서 발광 파장을 소인할 수는 없다. 광범위한 적외선의 파장소인이 필요한 경우에는 적외광원(22)을, 예를 들면 이하와 같이 구성함으로써 대응할 수 있다.
상술한 바와 같이, 파장 가변형의 발광 소자는 소자 자체에 인가하는 전기적 신호 혹은 온도에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 발광 소자를 전기적 신호 및 온도의 쌍방에 의해 제어함으로써, 전기적 신호 혹은 온도를 단독으로 제어하는 경우보다 넓은 범위에서 발광 파장을 제어할 수 있다. 또, 발광 소자의 온도는 발광 소자에 부착된 펠티에 소자 등의 온도 가변 소자에 인가하는 전기적 신호를 제어함으로써 제어할 수 있다.
또한, 예를 들면 도 8에 도시한 바와 같이, 발광 파장 영역이 각기 다른 복수의 적외광원(22a∼22f)을 회전판(60)의 동심원주 상에 배치하여 이루어지는 적외광원(22)을 준비하고, 회전판(60)을 회전축에 따라 회전시킴과 함께, 적외광원(22a∼22f)으로부터 출사되는 적외선의 파장을 순차적으로 소인함으로써, 적외광원(22a∼22f)에 의해 망라되는 광범위한 파장 영역에서 적외선의 발광 파장을 소인하도록 해도 된다.
[제4 실시 형태]
본 발명의 제4 실시 형태에 의한 반도체 제조 장치에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 8에 도시하는 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 혹은 간략히 한다.
도 9는 본 실시 형태에 의한 반도체 제조 장치의 개략을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에서는 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치를 탑재한 반도체 제조 장치로서 광 리소그래피 장치를 예로 설명한다.
장치 외위(70)에 둘러싸인 광 리소그래피 장치 내에는 처리 대상인 반도체 웨이퍼(72)가 재치되어 있다. 반도체 웨이퍼(72) 표면에는 포토레지스트막(74)이 형성되어 있다. 반도체 웨이퍼(72) 상방에는 전사해야 할 소정의 패턴이 그려진 전사 마스크(76)가 설치되어 있다. 전사 마스크(76) 상방에는 반사 광학계(78, 80)가 설치되어 있어, 광원(82)으로부터 출사된 광을 반사 광학계(78, 80)를 통해 반도체 웨이퍼(72)에 조사할 수 있게 되어 있다.
장치 내부에는, 또한 장치 내부의 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 내부다중 반사 푸리에 적외선 분광법에 의해 분석하는 오염 물질 분석 수단(30)이 설치되어 있다. 오염 물질 분석 수단(30)은 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 오염 물질 분석 수단(30)을 적용할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 실시 형태에서의 적외광원 및 적외선 투과 기판을 포함시켜 오염 물질 분석 수단(30)으로 표현하는 것으로 한다.
반사 광학계(80)의 근방에는 반사 광학계(80)를 구성하는 반사경이나 광학 렌즈의 표면에 부착된 오염 물질이나, 장치 내부의 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 분해·제거하는 오염 물질 분해 수단(50)이 설치되어 있다. 오염 물질 분해 수단(50)은, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 오염 물질 분해 수단을 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치는, 광 리소그래피 장치 내의 분위기 내에서의 오염 물질을 검출하고, 그 농도에 기초하여, 반사 광학계(80)를 구성하는 반사경이나 광학 렌즈의 표면에 부착된 오염 물질이나, 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 수단으로서, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치를 이용하고 있다.
반도체 웨이퍼(72) 상에 도포한 포토레지스트막(74)에 노광 광을 조사하면, 포토레지스트막(74)으로부터 유기 물질이 휘발하여 장치 내부로 방출된다. 예를 들면, DNQ-노볼락 수지로 이루어지는 포지티브형 레지스트의 경우, 포토레지스트막이 변화한 유기 물질인 인덴 카르본산(관능기로서 C-H기를 포함한다)가 방출된다. 이와 같이 방출된 유기 물질이 반사 광학계(80)를 구성하는 광학 렌즈나 반사경에부착되면, 이들의 반사율이나 투과율을 손상하여, 웨이퍼 처리 매수의 증가와 동시에 소정의 노광량을 얻을 수 없게 된다. 그 결과, 소정의 패터닝을 할 수 없고, 제품 불량이 발생하게 된다. 또한, 장치 내부에 존재하는 유기 물질 자체가 노광 광을 흡수하여, 반도체 웨이퍼에의 노광량을 감소시키는 경우도 있다. 또한, 포토레지스트막(74) 외에, 보조 장치, 배선, 장치의 내벽등으로부터 휘발한 유기 분자가 마찬가지의 영향을 미치게 하게 하는 경우도 있다.
본 실시 형태에서의 광 리소그래피 장치와 같이, 장치 내부 분위기의 오염 물질을 검출함으로써, 오염 물질에 의한 광의 흡수량을 추정할 수 있음과 함께, 반사 광학계(80)를 구성하는 광학 렌즈나 반사경의 표면에의 오염 물질의 부착량을 간접적으로 측정할 수 있다.
따라서, 이와 같이 광 리소그래피 장치를 구성함으로써, 장치 내부의 오염 물질이 패터닝 특성에 영향을 주는 시기를 사전에 예측하여 기능 부전이 되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 오염 물질 제거 수단(50)에 의해 장치 내부의 오염 물질을 조기에 또한 적절하게 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치를 광 리소그래피 장치에 적용하기 때문에, 장치 내부의 오염 물질이 패터닝 특성에 영향을 주는 시기를 사전에 예측하여 기능 부전이 되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 오염 물질 제거 수단에 의해 장치 내부의 오염 물질을 조기에 또한 적절하게 제거할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 수단을 전부 장치 내부에 재치하고 있지만, 적어도 적외선 투과 기판(12)이 장치 내부에 재치하여 있으면 된다. 적외선 투과 기판(12)을 제외하는 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 장치(50)의 전부 또는 일부를 장치 외부에 설치해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 오염 물질 분석 수단(30)에 의해 분석한 결과에 기초하여 오염 물질 제거 수단(50)을 구동하여 장치 내부의 오염 물질을 제거하고 있지만, 분석 결과에 기초하는 다른 피드백을 행해도 된다. 예를 들면, 분석 결과에 기초하여 반도체 웨이퍼의 처리를 정지하는 신호를 출력함과 함께, 알람을 내어 그 취지를 오퍼레이터에게 전하도록 해도 된다.
[제5 실시 형태]
본 발명의 제5 실시 형태에 의한 반도체 제조 장치에 대하여 도 10을 이용하여 설명한다. 또, 도 1 내지 도 8에 도시하는 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치와 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하거나 혹은 간략히 한다.
도 10은 본 실시 형태에 의한 반도체 제조 장치의 개략을 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치를 탑재한 반도체 제조 장치로서 산화막 형성 장치를 예로 설명한다. 산화막 형성 장치는, 디바이스 제조 공정에서, 선택 산화막, 소자 분리막, 게이트 산화막, 층간 절연막의 형성 등, 여러가지 목적으로 사용되고 있다.
장치 외위(90) 내에는 실리콘 산화막을 성장시키기 위한 반응실인 로심관(爐芯管)(100)이 재치되어 있다. 로심관(100)은 밸브(94)를 통해 가스 공급 시스템(92)에 접속되어 있고, 실리콘 산화막의 형성에 필요한 가스(산소 가스나 희석 가스로서의 불활성 가스 등)을 로심관(100) 내부에 공급할 수 있게 되고 있다. 로심관(100)의 주위에는, 로 내의 열 분포를 균일하게 하기 위한 작열관(98)을 통해, 코어관(100)을 가열하기 위한 히터(96)가 감겨 있다. 장치 외위(90) 내의 로심관(100)에 인접하는 영역에는 로심관(100) 내에 처리 대상인 반도체 웨이퍼(102)를 삽입하거나, 혹은 처리 후의 반도체 웨이퍼(102)를 인출하기 위한 웨이퍼 자동 삽입/인출 장치(106)가 설치되어 있다.
로벽(90) 내에는, 또한 로 내의 분위기 내의 오염 물질을 검출하는 오염 물질 분석 수단(30)과, 오염 물질 분석 수단(30)에 의해 분석된 결과에 기초하여 로 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단(50)이 설치되어 있다. 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 수단(50)은 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 오염 물질 분석 수단 및 오염 물질 제거 수단을 적용할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 실시 형태에서의 적외광원 및 적외선 투과 기판도 포함시켜 오염 물질 분석 수단(30)으로 표현하는 것으로 한다.
장치 외위(90)에는 로 내의 온도를 검지하여 히터(96)를 소정의 온도로 제어하는 온도 제어기(108)가 설치되어 있다. 웨이퍼 자동 삽입/인출 장치(106) 및 온도 제어기(108)는 오염 물질 분석 수단(30)의 일부를 이루는 혹은 이것과는 별개로 설치된 연산 장치(110)에 접속되어 있어, 이들에 의해서 제어할 수 있도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 의한 반도체 장치는, 산화막 형성 장치의 로 내의 분위기 내에서의 오염 물질을 검출하고, 그 농도에 기초하여, 로 내의 분위기 내에 존재하는 오염 물질을 제거하는 수단으로서, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 방법 및 장치를 이용하고 있다.
처리 대상인 반도체 웨이퍼(102)를 로심관(100) 내부에 재치할 때에는, 웨이퍼 보우트(104) 상에 복수의 반도체 웨이퍼(102)를 배열하고, 웨이퍼 자동 삽입/인출 장치(106)에 의해서 로심관(100)의 소정 온도 영역까지 삽입한다. 마찬가지로, 처리가 끝난 반도체 웨이퍼(102)는, 웨이퍼 보우트(104)에 배열될 수 있는 상태에서 웨이퍼 자동 삽입/인출 장치(106)에 의해 로심관(100)으로부터 인출된다. 여기서, 웨이퍼 보우트(104)를 삽입하거나 혹은 인출하는 웨이퍼 자동 삽입/인출 장치(106)는 반도체 웨이퍼(102)를 로에 출납하는 보우트 로딩 기구, 반도체 웨이퍼의 이체를 행하는 반도체 웨이퍼 이동 탑재 기구, 캐리어의 반송과 보관을 행하는 캐리어 스토커 등을 갖고 있다. 또한, 웨이퍼 자동 삽입/인출 장치(106) 이외에도, 기계적 부품이나 전기적 부품 등이 존재한다. 이 때문에, 이들 보조 장치, 배선, 장치의 내벽 등으로부터 휘발한 유기 분자(가소제로서의 DOP(디옥틸프탈레이트)나 난연재로서의 실로키산 등)가 반도체 웨이퍼(102) 표면에 부착하고, 처리 후의 웨이퍼에 부착된 경우에서는 유기 분자 중 탄소 원자(양도체)가 핵이 되어 진행성의 절연 파괴를 야기하는 등의 제품 불량을 가져오는 경우도 있다.
본 실시 형태에 의한 산화막 형성 장치와 같이 오염 물질 분석 수단(30)을설치하여 로 내의 오염 물질을 검출함으로써, 로 내의 오염 물질 농도가 제품 수율에 영향을 주는지의 여부에 대하여 즉시 판단할 수 있다. 또한, 그 분석 결과를 오염 물질 제거 수단(50)에 즉시 피드백할 수 있다. 따라서, 이와 같이 산화막 형성 장치를 구성함으로써, 로 내의 오염 물질의 영향에 의해서 제품 불량이 생기는 것을 미연에 방지할 수 있음과 함께, 오염 물질 제거 수단(50)에 의해 로 내의 오염 물질을 조기에 또한 적절하게 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치를 산화막 형성 장치에 적용하기 때문에, 로 내의 오염 물질이 제품 수율 영향을 주는 시기를 사전에 예측하여 기능 부전이 되는 것을 방지할 수 있음과 함께, 오염 물질 제거 수단에 의해 로 내의 오염 물질을 조기에 또한 적절하게 제거할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 수단(50)을 전부 장치 내부에 재치하고 있지만, 적어도 적외선 투과 기판(12)이 장치 내부에 재치하여 있으면 된다. 적외선 투과 기판(12)을 제외하는 오염 물질 분석 수단(30) 및 오염 물질 제거 장치(50)의 전부 또는 일부를 장치 외부에 설치해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 오염 물질 분석 수단(30)에 의해 분석한 결과에 기초하여 오염 물질 제거 수단(50)을 구동하여 장치 내부의 오염 물질을 제거하고 있지만, 분석 결과에 기초하는 다른 피드백을 행해도 된다. 예를 들면, 분석 결과에 기초하여 반도체 웨이퍼의 처리를 정지하는 신호를 출력함과 함께, 알람을발하여 그 취지를 오퍼레이터에게 전하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 산화막 형성 장치를 예로 설명하였지만, 로심관을 이용한 다른 제조 장치, 예를 들면 열 확산이나 여러가지의 어닐링을 행하기 위해서 이용하는 로를 갖는 반도체 제조 장치에서도 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.
[변형 실시 형태]
본 발명은 상기 실시 형태에 한하지 않고 여러가지의 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 제4 실시 형태에는 광 리소그래피 장치에 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치를 적용한 경우를, 상기 제5 실시 형태에는 산화막 형성 장치에 제1 내지 제3 실시 형태에 의한 환경 모니터 장치를 적용한 경우를 나타내었지만, 다른 반도체 제조 장치, 예를 들면 전자 빔 노광 장치, 드라이 세정 장치, 성막 장치, 에칭 장치 등에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
반도체 제조 장치 내부에는 많은 전기 기기나 배선, 보조 장치가 존재한다. 이 때문에, 장치 내부에는, 염화 비닐이나 플라스틱의 가소제, 장치의 벽으로부터 조금씩 계속적으로 방출되는 난연재 등의 유기성 분자가 방출된다. 이러한 오염 물질은, 예를 들면 반도체의 절연막에 부착되면 탄소 원자가 양도체가 되어 절연 파괴를 가져오는 등의 문제를 야기하는 경우가 있다. 따라서, 본 발명에 의한 환경 모니터 장치를 반도체 제조 장치에 탑재함으로써, 이러한 오염 물질의 모니터나 피드백 관리에 대해서도 순간적이고 또한 적절하게 행할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 반도체 제조 장치 내부의 오염 물질의 관리에본 발명에 의한 환경 모니터 장치를 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명에 의한 환경 모니터 방법 및 장치는, 다른 여러가지 폐공간에서의 오염 물질의 모니터와 그 피드백 관리에 적용할 수 있다.
예를 들면, 크린룸 내부에서의 오염 물질의 모니터와 그 피드백 관리에 적용할 수 있다. 상술한 바와 같은 반도체 제조 장치 내부에서 발생한 유기 분자를 포함하는 가스가 크린룸 내에 방출되면, 다른 공정 중에 있는 반도체 웨이퍼나 장치에서 장치로의 반송 과정에 있는 반도체 웨이퍼를 오염시킬 우려가 있다. 따라서, 크린룸 내부의 오염 물질을 모니터하여 피드백 관리함으로써, 크린룸 내부의 오염 물질 농도를 저감하여, 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 인간의 거주하는 공간 내부에서의 오염 물질의 모니터와 그 피드백 관리에 적용할 수 있다. 최근, 소각로로부터 발생하는 다이옥신이나 가구나 벽재 등으로부터 발생하는 포름알데히드 등의 환경 오염 물질이 인간이나 동식물의 건강에 영향을 끼치는 것이 알려져 있고, 이러한 물질의 배출을 관리하는 것이 강하게 요구되고 있다. 따라서, 인간의 거주하는 공간 내부에 방출되는 오염 물질을 모니터하여 피드백 관리함으로써, 그 공간 내부의 환경오염 물질의 농도를 저감하여, 인간의 건강을 저해하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 폐공간뿐만 아니라, 여러가지의 장치, 자동차, 화학 플랜트 등으로부터의 배기가스의 모니터와 그 피드백 관리에 적용할 수 있다. 이들 배기 가스에는 지구 온난화나 인간의 건강을 손상하는 원인 물질(SOx, NOx, 다이옥신 등)이 포함되어 있는 경우가 있다. 따라서, 배기가스가 외부에 방출되기 전 단계에서, 배기가스 내에 포함되는 오염 물질을 모니터하고, 그 모니터 결과에 기초하여 배기 가스를 청정화한 후에 배출함으로써, 배기 가스 내에 포함되는 유해 오염 물질의 농도를 저감할 수 있어, 외부 환경을 오염하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 환경 모니터 방법 및 장치는, 소정의 분위기 내에 놓인 적외선 투과 기판 내에 적외선을 입사하고, 적외선 투과 기판의 내부에서 다중 반사된 후에 출사되는 적외선을 검출하고, 검출한 적외선에 기초하여 분위기 내의 오염 물질의 농도를 측정하고, 측정한 분위기 내의 오염 물질의 농도에 기초하여, 분위기를 관리한다. 따라서, 분위기 내에 존재하는 오염 물질을, 간편하고 신속하게, 또한 저비용으로 검지하고, 측정 결과를 환경 관리에 피드백할 수 있는 환경 모니터 방법 및 장치, 및 이러한 환경 모니터 장치를 구비한 반도체 제조 장치에 유용하다.
Claims (16)
- 소정의 분위기 내에 놓인 적외선 투과 기판 내에 적외선을 입사하고,상기 적외선 투과 기판의 내부에서 다중 반사된 후에 상기 적외선 투과 기판으로부터 출사되는 적외선을 검출하고,검출한 적외선에 기초하여 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도를 측정하고,측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도에 기초하여, 상기 분위기를 관리하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제1항에 있어서,검출한 적외선을 분광 분석함으로써, 상기 분위기 내의 오염 물질의 종류 및/또는 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제1항에 있어서,특정 오염 물질의 분자 진동 파장에 대응하는 파장 영역의 적외선을 선택적으로 검출하여, 상기 특정 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제1항에 있어서,적외선의 파장을 소인하면서 상기 적외선 투과 기판에 입사하여, 소인하는파장 영역에 분자 진동 파장이 존재하는 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제1항에 있어서,측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 높은 경우에, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제2항에 있어서,측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 높은 경우에, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제3항에 있어서,측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 높은 경우에, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 제4항에 있어서,측정한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도가 소정치보다도 높은 경우에, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 방법.
- 소정의 분위기 내에 재치된 적외선 투과 기판과,상기 적외선 투과 기판에 적외선을 입사하는 적외광원과,상기 적외선 투과 기판 내부에서 다중 반사된 후에 상기 적외선 투과 기판으로부터 출사되는 적외선에 기초하여, 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도를 산출하는 오염 물질 분석 수단과,상기 오염 물질 분석 수단에 의해 산출한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도에 따라서, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 장치.
- 제9항에 있어서,상기 오염 물질 분석 수단은, 검출한 적외선을 분광 분석함으로써, 상기 분위기 내의 오염 물질의 종류 및/또는 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 장치.
- 제9항에 있어서,특정 오염 물질의 분자 진동 파장에 대응하는 파장 영역의 적외선을 선택적으로 투과시키는 적외선 대역 투과 필터를 더 구비하고,상기 오염 물질 분석 수단은 상기 적외선 대역 투과 필터를 통과한 적외선을 분석함으로써, 상기 특정 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 장치.
- 제9항에 있어서,상기 적외광원은 적외선의 발광 파장을 소인하여 상기 적외선 투과 기판에 입사하는 발광 파장 가변형의 적외광원이고,상기 오염 물질 분석 수단은 검출한 적외선에 기초하여, 소인하는 적외선의 파장 영역에 분자 진동 파장이 존재하는 오염 물질의 상기 분위기 내에서의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 환경 모니터 장치.
- 소정의 분위기 내에 재치된 반도체 웨이퍼에 소정의 처리를 실시하는 반도체 웨이퍼 처리 수단과,상기 분위기 내에 재치된 적외선 투과 기판과,상기 적외선 투과 기판에 적외선을 입사하는 적외광원과,상기 적외선 투과 기판 내부에서 다중 반사된 후에 상기 적외선 투과 기판으로부터 출사되는 적외선에 기초하여 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도를 산출하는 오염 물질 분석 수단과,상기 오염 물질 분석 수단에 의해 산출한 상기 분위기 내의 오염 물질의 농도에 따라서, 상기 분위기 내의 오염 물질을 제거하는 오염 물질 제거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제13항에 있어서,상기 오염 물질은 상기 반도체 웨이퍼 처리 수단에 의한 상기 소정의 처리를수행하는 데에 방해가 되는 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제13항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼 처리 수단은 광을 반사하고 또는 투과시키는 광학 부품을 통해 상기 반도체 웨이퍼를 노광하는 노광 수단이고,상기 오염 물질 제거 수단은 상기 광학 부품의 표면에 부착된 오염 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제14항에 있어서,상기 반도체 웨이퍼 처리 수단은 광을 반사하고 또는 투과시키는 광학 부품을 통해 상기 반도체 웨이퍼를 노광하는 노광 수단이고,상기 오염 물질 제거 수단은 상기 광학 부품의 표면에 부착된 오염 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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